DE102008029429A1

DE102008029429A1 - Method for producing mechanical functional elements for movements as well as functional element produced by this method

Info

Publication number: DE102008029429A1
Application number: DE102008029429A
Authority: DE
Inventors: Konrad Damasko
Original assignee: Individual
Current assignee: Damasko GmbH
Priority date: 2007-10-18
Filing date: 2008-06-23
Publication date: 2009-04-23
Also published as: EP2741149A1; EP3203328A1; WO2009049591A1; EP2201428A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Federn, insbesondere Spiralfedern für Schwingsysteme von Uhrwerken, insbesondere von Uhrwerken für Armbanduhren mit einem eine Vielzahl von Windungen aufweisenden Federkörper.The invention relates to a method for producing springs, in particular coil springs for oscillating systems of clockworks, in particular of clockworks for wristwatches with a plurality of windings having spring body.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1 und dabei insbesondere auf ein Verfahren zum Herstellen von Funktionselementen für das mechanische Schwingsystem von Uhrwerken, insbesondere von Uhrwerken für Armbanduhren, sowie auf ein Funktionselement gemäß Oberbegriff Patentanspruch 35.The The invention relates to a method according to the preamble Claim 1 and in particular to a method for manufacturing of functional elements for the mechanical vibration system of clockworks, in particular clockworks for wristwatches, as well as on a functional element according to the preamble Claim 35.

Mechanische Schwingsysteme für Uhrwerke sind bekannt und bestehen u. a. aus einem Schwingelement (Unruhrad) mit Spiral- oder Unruhfeder, aus einem Anker, aus einem Ankerrad usw. Diese Funktionselemente bekannter Schwingsysteme und dabei speziell auch die Spiralfedern dieser Schwingsysteme sind in der Regel aus speziellen Stahllegierungen gefertigt, und zwar in der Weise, dass ein aus der Stahllegierung erzeugter Draht durch Walz- und Ziehvorgänge in einem rechteckförmigen Querschnitt, beispielsweise in einem Querschnitt von etwa 30 μm Breite und 140 μm Höhe verformt wird. Anschließend wird aus diesem Ausgangsmaterial die jeweilige Spiralfeder durch Wickeln hergestellt.mechanical Oscillating systems for movements are known and exist u. a. from a vibrating element (balance wheel) with spiral or balance spring, from an anchor, from an escape wheel, etc. These functional elements known oscillating systems and especially the coil springs These vibrating systems are usually made of special steel alloys, in such a way that one of the steel alloy produced Wire by rolling and drawing operations in a rectangular Cross section, for example in a cross section of about 30 microns Width and 140 microns height is deformed. Subsequently is made from this starting material, the respective coil spring Made by winding.

Bekannt ist weiterhin ein Verfahren zum Herstellen von Spiralfedern für das Schwingsystem von mechanischen Uhren aus einkristallinem Silizium ( EP 1 422 436 B1 ), bei dem (Verfahren) das den Kern der Spiralfeder bildende einkristalline Silizium mit einer Beschichtung aus Siliziumoxid (SiO₂) versehen wird.Also known is a method for producing spiral springs for the oscillatory system of mechanical clocks made of monocrystalline silicon ( EP 1 422 436 B1 ), in which (method) the core of the coil spring-forming monocrystalline silicon is provided with a coating of silicon oxide (SiO ₂ ).

Bekannt ist schließlich auch ein Verfahren ( DE 101 27 733 A1 ) zum Herstellen von Schrauben- oder Spiralfedern aus kristallinem, insbesondere einkristallinem Silizium durch eine mechanische abtragende Bearbeitung.Finally, a method is also known ( DE 101 27 733 A1 ) for producing helical or spiral springs of crystalline, in particular monocrystalline silicon by a mechanical abrasive machining.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren aufzuzeigen, mit dem die Herstellung von Funktioselementen insbesondere des Schwingsystems (Unruh) von mechanischen Uhren in vereinfachter Weise und mit hoher Präzision möglich ist. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet. Ein Funktioselement, insbesondere ein Funktionselement des Schwingungssystems ist Gegenstand des Patentanspruchs 35.task The invention is to provide a method by which the production of functional elements, in particular of the oscillating system (balance) of mechanical watches in a simplified manner and with high precision is possible. To solve this problem is a Method according to the patent claim 1. A functional element, in particular a functional element of the vibration system is the subject of patent claim 35.

Funktionselemente des Schwingungssystems sind im Sinne der Erfindung insbesondere die Unruh- oder Spiralfeder, das Schwing- oder Unruhrad, das Ankerrad sowie der Anker.functional elements of the vibration system are in accordance with the invention in particular the balance spring or spiral spring, the oscillating or balance wheel, the escape wheel as well as the anchor.

Das Ausgangsmaterial ist bei der Erfindung ein nichtmetallischer Werkstoff aus der Gruppe:

– monokristallines oder polykristallines Silizium;
– durch Epitaxie abgeschiedenes polykristallines Silizium;
– Glaswerkstoff, beispielsweise Silikatglas, oder Borosilikatglas oder Aluminoborosilikatglas;
– Keramische Werkstoffe, beispielsweise Aluminium-Keramik, wie z. B. Aluminiumoxid-, Aluminiumnitrid- oder Aluminiumcarbid-Keramik, oder Silizium-Keramik, wie z. B. Siliziumnitrid-Keramik;
– monokristalliner oder polykristalliner Diamant;
– monokristallines oder polykristallines Germanium;
– monokristallines oder polykristallines Siliziumkarbid und/oder
– monokristallines oder polykristallines Siliziumnitrid.

The starting material in the invention is a non-metallic material from the group:

Monocrystalline or polycrystalline silicon;
Epitaxially deposited polycrystalline silicon;
Glass material, for example silicate glass, or borosilicate glass or aluminoborosilicate glass;
- Ceramic materials, such as aluminum-ceramic, such. For example, alumina, aluminum nitride or aluminum carbide ceramic, or silicon ceramic, such as. B. silicon nitride ceramics;
Monocrystalline or polycrystalline diamond;
Monocrystalline or polycrystalline germanium;
Monocrystalline or polycrystalline silicon carbide and / or
- monocrystalline or polycrystalline silicon nitride.

Die CVD-Abscheidung oder das Epitaxie-Abscheiden des polykristallinem Silizium erfolgt beispielsweise in der Form, dass das hierdurch erhaltene Ausgangsmaterial eine dünne Schicht oder einen Wafer bildet, dessen Dicke dann gleich oder im Wesentlichen gleich derjenigen Dicke ist, die die herzustellenden Funktionselemente aufweisen, beispielsweise gleich derjenigen Breite ist, die einzelnen Windungen der herzustellenden Spiralfedern in Richtung ihrer Federachse besitzen, oder aber aus dem durch CVD-Abscheidung erzeugten polykristallinem Silizium-Ausgangsmaterial werden zunächst Wafer oder dünne Schichten gewonnen, aus denen dann die Funktionselemente erzeugt werden.The CVD deposition or epitaxial deposition of the polycrystalline Silicon, for example, in the form that this obtained starting material a thin layer or a wafer whose thickness is then equal to or substantially equal to that Thickness is that have the functional elements to be produced, for example, equal to that width, the individual turns have the coil springs to be produced in the direction of their spring axis, or from the polycrystalline produced by CVD deposition Silicon starting material are initially wafers or thin Obtained layers, from which then generates the functional elements become.

Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Herstellung der Federn und dabei insbesondere der Spiralfedern oder anderer Funktionselemente für Schwingsysteme für Uhrwerke durch Ausschneiden aus dem nicht metallischen Werkstoff z. B. mit Hilfe eines Lasers. Es hat sich gezeigt, dass die vorgenannten Werkstoffe, dabei insbesondere solche aus der Gruppe keramischer Werkstoff, Diamant, Halbleitermaterial, beispielsweise Silizium oder Germanium, Siliziumkarbid und/oder Siliziumnitrid insbesondere für Spiralfeder von Schwingsystemen, aber auch für andere Funktionselemente geeignet sind und insbesondere auch eine Herstellung der Federn mit dem erforderlichen sehr kleinen Windungsquerschnitt oder anderer Funktionselemente mit feinen Strukturen ermöglichen, und zwar auch durch Lasern trotz der hohen thermischen Belastung beim Laser-Schneiden.Corresponding the process according to the invention, the preparation is carried out the springs and in particular the coil springs or other Functional elements for oscillating systems for movements by Cut out of the non-metallic material z. B. with the help a laser. It has been shown that the abovementioned materials, especially those from the group of ceramic material, Diamond, semiconductor material, for example silicon or germanium, Silicon carbide and / or silicon nitride in particular for Spiral spring of oscillating systems, but also for other functional elements are suitable and in particular also a production of the springs with the required very small winding cross section or other Enable functional elements with fine structures, namely also by lasers despite the high thermal load during laser cutting.

Es hat sich weiterhin gezeigt, dass es selbst beim Laser-Schneiden praktisch zu keiner Gefügeveränderung des verwendeten Werkstoffes kommt, und dass die hohe thermische Belastung beim Laser-Schneiden nicht zu einer Zerstörungen der Elastizität und Festigkeit dieser Werkstoffe führt. Für die Herstellung des Funktionselementes eignen sich auch Ätzverfahren bzw. Maskierungs- und Ätzverfahren, bei denen z. B. die für das Ätzen erforderlichen Masken vorzugsweise in einem Foto-Maskierungs-Verfahren hergestellt werden, und zwar unter Verwendung von Fotolack.It has further shown that it is even laser cutting virtually no structural change of the used Material comes, and that the high thermal load during laser cutting not to a destruction of elasticity and Strength of these materials leads. For the production of the functional element are also etching or Masking and etching process, in which z. B. for the etching required masks preferably in a photo-masking method be prepared, using photoresist.

Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in einer vereinfachten und preiswerten Fertigung. Als Ausgangsmaterial wird der nicht metallische Werkstoff beispielsweise als Flachmaterial (Platten aus dem nicht metallischen Material) oder als Wafer verwendet, welches bzw. welcher dann beispielsweise in der Dicke bereits auf das Fertigmaß der Höhe der herzustellenden Funktionselemente bearbeitet ist.Of the particular advantage of the method according to the invention consists in a simplified and inexpensive production. As starting material is the non-metallic material, for example as a flat material (Plates of the non-metallic material) or used as a wafer, which or which then, for example, in thickness already on the Finished dimension of the height of the functional elements to be produced is edited.

Durch die Verwendung der vorgenannten Werstoffe, insbesondere auch von Siliziumwerkstoff oder Glaswerkstoff für das Funktionselement weist dieses einen stark reduzierten Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, so dass auch Temperaturschwankungen nahezu keine Auswirkung auf das das Funktionselement (z. B. Schwingrad und/oder Unruhfeder) enthaltende oder von dem Funktionselement gebildete Schwingungssystem und damit nahezu keine Auswirkungen auf die Ganggenauigkeit der Uhr aufweisen.By the use of the aforementioned substances, in particular of Silicon material or glass material for the functional element this has a greatly reduced thermal expansion coefficient on, so that temperature fluctuations almost no effect on which the functional element (eg oscillating wheel and / or balance spring) containing or formed by the functional element vibration system and thus almost no effect on the accuracy of the Watch have.

Durch die Fertigung des Funktioonselementes aus den vorgenannten Werstoffen, insbesondere auch aus Glaswerkstoff oder Siliziumwerkstoff besteht insbesondere bei Verwendung von Ätzverfahren oder Laserschneidverfahren die Möglichkeit, das Fuktionselement so zu formen, dass die physikalischen Eigenschaften des das Funktionselement (z. B. Schwingrad und/oder Unruhfeder) enthaltenden oder von dem Funktionselement gebildeten Schwingsystems optimiert sind.By the production of the Funktioonselementes from the aforementioned materials, in particular also made of glass material or silicon material especially when using etching or laser cutting process the ability to shape the feature so that the physical properties of the functional element (eg. Swinging wheel and / or balance spring) or of the functional element formed oscillating system are optimized.

Durch die Verwendung der vorgenannten Werstoffe, insbesondere auch von Siliziumwerkstoff oder Glaswerkstoff besteht auch keine Gefahr, dass das das Funktionselement (z. B. Schwingrad und/oder Unruhfeder) enthaltende oder von dem Funktionselement gebildete Schwingsystem und damit die Ganggenauigkeit der Uhr durch äußere Magnetfelder beeinträchtigt werden.By the use of the aforementioned substances, in particular of Silicon material or glass material is also no danger that the functional element (eg swinging wheel and / or balance spring) containing or formed by the functional element oscillation system and thus the accuracy of the clock by external Magnetic fields are affected.

Das erfindungsgemäße Verfahren sieht weiterhin vor, das jeweilige Funktionselement an seinen Außenflächen zu beschichten, beispielsweise mit Siliziumoxid (SiO₂) und/oder mit einer DLC Beschichtung (Diamond like Carbon Beschichtung).The inventive method further provides to coat the respective functional element on its outer surfaces, for example with silicon oxide (SiO ₂ ) and / or with a DLC coating (Diamond like carbon coating).

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das Funktionselement, welches aus den vorgenannten Werstoffen, beispielsweise aus Siliziumwerkstoff oder Glaswerkstoff oder einem keramischen Werkstoff gefertigt ist, nach dem Laserschneiden mit Diamant bzw. nanokristalinem Material beschichtet, und zwar beispielsweise unter Verwendung des dem Fachmann bekannten CVD-Verfahrens. Die Dicke dieser Beschichtung beträgt dann beispielsweise 5 μm.at In a preferred embodiment, the functional element, which from the aforementioned materials, such as silicon material or Glass material or a ceramic material is made, according to laser cutting with diamond or nanocrystal material, for example, using the well-known in the art CVD process. The thickness of this coating is then for example, 5 microns.

Ist das Funktionselement eine Spiralfeder, so wird diese bevorzugt mit innen liegenden und/oder außen liegenden Befestigungselementen, d. h. beispielsweise mit der innen liegenden Spiralrolle und den äußeren Befestigungsabschnitt einstückig hergestellt.is the functional element is a spiral spring, this is preferred with inside and / or outside fasteners, d. H. for example, with the inner spiral roll and the outer Attachment made in one piece.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Funktionselement ein Schwingrad, dessen Körper zumindest in einem Teilbereich, vorzugsweise aber insgesamt aus einem Siliziumwerkstoff oder aus einem Glaswerkstoff besteht. Als Ausgangsmaterial für den als flache Scheibe oder als flacher Ring mit vorzugsweise angeformten speichenartigen Abschnitten und einem ebenfalls vorzugsweise angeformten narbenartigen Abschnitt zur Befestigung an einer Unruhwelle wird beispielsweise ein Flachmaterial, z. B. in Form von Wafern verwendet, wie sie auch bei der Herstellung von mikroelektronischen Bauteilen verwendet werden.at Another embodiment of the invention is the functional element a swinging wheel whose body is at least in a partial area, but preferably a total of a silicon material or from consists of a glass material. As starting material for the as a flat disc or as a flat ring with preferably shaped spoke-like Sections and also preferably integrally formed scar-like For example, attachment to a balance shaft a flat material, for. B. used in the form of wafers, as they too used in the manufacture of microelectronic devices become.

Das Formen des jeweiligen Schwingradkörpers erfolgt dann beispielsweise durch Laserschneiden aus dem Ausgangsmaterial oder aber durch geeignete Ätz-Techniken. Sofern das Ausgangsmaterial ein Siliziumwerkstoff ist, kann dieser insbesondere auch in polykristalliner Form durch epitaktisches Abscheiden erzeugt werden.The Shapes of the respective Schwingradkörpers then takes place, for example by laser cutting from the starting material or by suitable etching techniques. If the starting material is a silicon material, this can especially in polycrystalline form by epitaxial deposition be generated.

Insbesondere dann, wenn der Schwingradkörper als Scheibe ausgebildet ist, wird während des Oszillierens der Unruh praktisch keine Luftverwirbelung erzeugt, die sich negativ auf die Ganggenauigkeit auf die Uhr auswirken könnte.Especially when the Schwingradkörper formed as a disc is becomes practical during the oscillation of the balance No air turbulence is generated, which adversely affects the accuracy of accuracy could affect the clock.

Das Verfahren kann in Weiterbildung der Erfindung u. a. auch so ausgebildet sein,
dass das Ausschneiden durch Lasern erfolgt,
und/oder
dass das Ausschneiden durch Lasern bei gleichzeitiger Behandlung mit einem Fluidstrahl, beispielsweise Wasserstrahl erfolgt,
und/oder dass als Werkstoff eine flaches oder plattenförmiges Material verwendet wird,
und/oder
dass als Werkstoff eine flaches oder plattenförmiges gerolltes Material verwendet wird,
dass der Werkstoff Diamant, beispielsweise ein polykristalliner Diamant ist,
und/oder
dass das Funktionselement mit Diamant beschichtet wird, beispielsweise in einem CVD-Verfahren, und/oder mit eine DLC-Beschichtung (Diamond like Carbon Beschichtung) versehen wird,
und/oder
dass das Funktionselement einstückig mit weiteren Funktionselementen, beispielsweise bei Ausbildung als Spiralfeder mit einem Befestigungselement zum Befestigen an einer Welle des Schwingsystems und/oder mit einem Befestigungsabschnitt zum Befestigen an einer Platine bzw. an einem Einstellelement der Platine hergestellt wird,
und/oder
dass als Werkstoff keramisches Material einkristallines oder polykristallines Silizium verwendet wird,
und/oder
dass als keramisches Material einkristallines oder polykristallines Siliziumcarbid verwendet wird,
und/oder
dass als Werkstoff der Werkstoff Zirkonoxid (ZrO₂) verwendet wird,
und/oder
dass die Spiralfeder mit einem maximalen Durchmesser von etwa 4 bis 10 mm hergestellt wird,
und/oder
dass das Funktionselement mit einer Höhe im Bereich von 0,05–0,2 mm, vorzugsweise mit einer Höhe von etwa 0,07–0,16 mm hergestellt wird,
und/oder
dass das Funktionselement bei Verwendung von Diamant mit einer Höhe von etwa 0,07 mm hergestellt wird,
und/oder
dass das Funktionselement bei Verwendung des keramischen Werkstoffs mit einer Höhe von etwa 0,12 mm hergestellt wird,
und/oder
dass das Funktionselement mit einem Windungsabstand von wenigstens 0,05 bis 0,3 mm hergestellt wird,
und/oder
dass das Funktionselement mit einem rechteckförmigen Windungsquerschnitt hergestellt wird,
und/oder
dass das Funktionselement mit einem Windungsquerschnitt von etwa 0,025 mm × 0,07 mm hergestellt wird,
wobei die vorgenannten Merkmale jeweils einzeln oder in beliebiger Kombination verwendet sein können.The method can also be configured in a development of the invention, inter alia,
that the cutting is done by lasers,
and or
in that the cutting out takes place by lasering with simultaneous treatment with a fluid jet, for example water jet,
and / or that the material used is a flat or plate-shaped material,
and or
that a flat or plate-shaped rolled material is used as the material,
that the material is diamond, for example a polycrystalline diamond,
and or
that the functional element is coated with diamond, for example in a CVD process, and / or provided with a DLC coating (diamond like carbon coating),
and or
in that the functional element is integral with further functional elements, for example when designed as a spiral spring with a fastening element for fastening to a shaft of the oscillating system and / or with a fastening section for fastening to a circuit board or to a setting element ment of the board is made,
and or
that as material ceramic material monocrystalline or polycrystalline silicon is used,
and or
in that monocrystalline or polycrystalline silicon carbide is used as the ceramic material,
and or
the material zirconium oxide (ZrO ₂ ) is used as the material,
and or
that the coil spring is manufactured with a maximum diameter of about 4 to 10 mm,
and or
that the functional element is manufactured with a height in the range of 0.05-0.2 mm, preferably with a height of about 0.07-0.16 mm,
and or
that the functional element is made using diamond with a height of about 0.07 mm,
and or
that the functional element is produced with the use of the ceramic material with a height of about 0.12 mm,
and or
that the functional element is produced with a winding spacing of at least 0.05 to 0.3 mm,
and or
that the functional element is produced with a rectangular winding cross-section,
and or
that the functional element is produced with a winding cross-section of approximately 0.025 mm × 0.07 mm,
wherein the aforementioned features can be used individually or in any combination.

In Weiterbildung der Erfindung kann das Funktionselement beispielsweise auch so ausgebildet sein,
dass es einstückig mit weiteren Funktionselementen, beispielsweise bei Ausbildung als Spiralfeder mit einem Befestigungselement zum Befestigen an einer Welle des Schwingsystems und/oder mit einem Befestigungsabschnitt zum Befestigen an einer Platine bzw. an einem Einstellelement der Platine hergestellt ist,
und/oder
dass der Diamant-Werkstoff ein polykristallines Diamant-Material ist,
und/oder
dass der Werkstoff Silizium ein kristallines oder einkristallines Silizium ist, beispielsweise ein plattenförmiger Wafer aus Silizium ist,
und/oder
dass der Werkstoff Germanium ist,
und/oder
dass es mit Siliziumoxid oder Siliziumdioxid beschichtet ist,
und/oder
dass es mit Diamant, vorzugsweise mit nanokristalinen Material beschichtet ist,
und/oder
dass das keramische Material Siliziumcarbid ist,
und/oder
dass der Werkstoff Zirkonoxid (ZrO₂) ist,
und/oder
dass es bei Ausbildung als Spiralfeder einen maximalen Durchmesser von etwa 4 bis 10 mm aufweist,
und/oder
dass es insbesondere bei Ausbildung als Spiralfeder eine Höhe im Bereich von 0,05–0,2 mm, vorzugsweise eine Höhe von etwa 0,07 bis 0,16 mm aufweist,
und/oder
dass es insbesondere bei Ausbildung als Spiralfeder bei Verwendung von Diamant mit einer Höhe von etwa 0, 07 mm hergestellt ist,
und/oder
dass es insbesondere bei Ausbildung als Spiralfeder bei Verwendung des keramischen Werkstoffs mit einer Höhe von etwa 0,12 mm hergestellt ist,
und/oder
dass es insbesondere bei Ausbildung als Spiralfeder einen Windungsabstand von wenigstens 0,05 bis 0,3 mm aufweist,
und/oder
dass es insbesondere bei Ausbildung als Spiralfeder einen rechteckförmigen Windungsquerschnitt aufweist,
und/oder
dass es insbesondere bei Ausbildung als Spiralfeder mit einem Windungsquerschnitt von etwa 0,025 mm × 0,07 mm hergestellt ist,
und/oder
dass bei Ausbildung als Spiralfeder der Windungsquerschnitt bei Verwendung von Silizium etwa 0,04 mm × 0,12 mm beträgt,
wobei auch die vorgenannten Merkmale jeweils einzeln oder in beliebiger Kombination verwendet sein können.In a development of the invention, the functional element may for example also be designed
that it is made in one piece with further functional elements, for example when designed as a spiral spring with a fastening element for fastening to a shaft of the oscillating system and / or with a fastening section for fastening to a circuit board or to an adjusting element of the circuit board,
and or
that the diamond material is a polycrystalline diamond material,
and or
that the material silicon is a crystalline or monocrystalline silicon, for example a plate-shaped wafer made of silicon,
and or
that the material is germanium,
and or
that it is coated with silica or silica,
and or
that it is coated with diamond, preferably with nanocrystaline material,
and or
that the ceramic material is silicon carbide,
and or
that the material is zirconium oxide (ZrO ₂ ),
and or
that it has a maximum diameter of about 4 to 10 mm when trained as a spiral spring,
and or
that it has a height in the range of 0.05-0.2 mm, preferably a height of about 0.07 to 0.16 mm, in particular when designed as a spiral spring,
and or
that it is manufactured in particular when formed as a spiral spring when using diamond with a height of about 0, 07 mm,
and or
that it is manufactured in particular when formed as a spiral spring when using the ceramic material with a height of about 0.12 mm,
and or
that it has a winding spacing of at least 0.05 to 0.3 mm, in particular when designed as a spiral spring,
and or
that it has a rectangular winding cross-section, in particular when designed as a spiral spring,
and or
that it is manufactured in particular when formed as a spiral spring with a winding cross-section of about 0.025 mm × 0.07 mm,
and or
that when formed as a spiral spring, the winding cross-section when using silicon is about 0.04 mm × 0.12 mm,
wherein the aforementioned features can also be used individually or in any combination.

Weitere Ausführungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht.Further Designs, advantages and applications The invention will become apparent from the following description of Embodiments and from the figures. Here are all described and / or illustrated features for subject or in any combination of the invention, regardless of their summary in the claims or their relationship. Also the content of the claims becomes part of the Description made.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The Invention will be described below with reference to the figures of embodiments explained in more detail. Show it:

1 und 2 ein Funktionselement in Form einer Spiralfeder für den Taktgeber bzw. die Unruh eines Uhrwerks, insbesondere eines Uhrwerks für Armbanduhren in Draufsicht sowie in Seitenansicht; 1 and 2 a functional element in Form of a coil spring for the clock or the balance of a movement, in particular a clockwork for watches in plan view and in side view;

3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Herstellungsverfahrens der Feder der 1; 3 a schematic representation for explaining the manufacturing process of the spring of 1 ;

4 in vereinfachter perspektivischer Teildarstellung ein Flachmaterial, zusammen mit einem kombinierten Fluid-Laserstrahl zum Ausschneiden einer Spiralfeder aus diesem Flachmaterial; 4 in a simplified perspective partial representation of a flat material, together with a combined fluid laser beam for cutting a spiral spring of this flat material;

5 und 6 in sehr vereinfachter Darstellung und in Stirnansicht sowie in Seitenansicht ein zu einer spiralförmigen Rolle gerolltes Flachmaterial zum Herstellen von Spiralfedern; 5 and 6 in a very simplified representation and in front view and in side view of a rolled into a spiral-shaped roll flat material for producing coil springs;

7 in verschiedenen Positionen Verfahrensschritte beim Epitaxie-Abscheiden des polykristallinen Silizium-Ausgangsmaterial; 7 in various positions, process steps in epitaxial deposition of the polycrystalline silicon starting material;

8–20 in vereinfachter Darstellung weitere Funktionselemente des Schwingungssystems eines Uhrwerks. 8th - 20 in a simplified representation of further functional elements of the vibration system of a movement.

In den 1–5 ist 1 eine Spiralfeder der sogenannten Unruh eines Schwingsystems eines Uhrwerks, beispielsweise eines Uhrwerks für eine Armbanduhr. Die Spiralfeder 1, die eine Vielzahl von Windungen 2 aufweist, ist bei der dargestellten Ausführungsform einstückig mit einer zentralen Rolle 3 gefertigt, mit der sie auf einer nicht dargestellten Welle des Schwingsystems (Unruh) befestigbar ist. Das außen liegende Ende der Spiralfeder 1 ist weiterhin einstückig mit einem verstärkten Befestigungsabschnitt 4 ausgebildet. Bei der dargestellten Ausführungsform weist die Spiralfeder 1 einen maximalen Durchmesser von etwa 6,4 Einheiten, einen Windungsabstand von mindestens 0,12 Einheiten und eine Höhe von etwa 0,16 Einheiten auf, wobei der Querschnitt der Spiralfeder 1 an ihren Windungen 2 zwischen der Rolle 3 und dem Anschlussstück 4 eine Breite radial zur Achse der Spiralfeder von etwa 0,03 und eine Höhe von etwa 0,16 Einheiten aufweist. Eine Einheit ist dabei beispielsweise 1 mm.In the 1 - 5 is 1 a spiral spring of the so-called balance of a vibration system of a movement, such as a clockwork for a wristwatch. The spiral spring 1 that make a lot of turns 2 is integral with a central roller in the illustrated embodiment 3 made, with which it can be fastened on a shaft, not shown, of the vibration system (balance). The outer end of the spiral spring 1 is still integral with a reinforced mounting portion 4 educated. In the illustrated embodiment, the coil spring 1 a maximum diameter of about 6.4 units, a pitch of at least 0.12 units and a height of about 0.16 units, wherein the cross section of the coil spring 1 on their turns 2 between the role 3 and the fitting 4 has a width radially to the axis of the coil spring of about 0.03 and a height of about 0.16 units. A unit is for example 1 mm.

Die Besonderheit der Spiralfeder 1 besteht darin, dass sie durch Ausschneiden aus einem Ausgangsmaterial 5 in Form eines nicht metallischen Flachmaterials 5, beispielsweise durch Laser-Schneiden mit einem Laserstrahl 6.1 des Lasers 6 bzw. unter Verwendung einer lasergestützten hochpräzisen Schneideeinrichtung hergestellt ist.The peculiarity of the spiral spring 1 is that they cut from a source material 5 in the form of a non-metallic sheet 5 For example, by laser cutting with a laser beam 6.1 the laser 6 or produced using a laser-based high-precision cutting device.

Das Ausgangsmaterial 5 ist ein Material, welches hochpräzise mit geringen Toleranzen insbesondere auch hinsichtlich der Materialdicke und hinsichtlich der planen Ausbildung des Materials hergestellt ist.The starting material 5 is a material which is manufactured with high precision with low tolerances, in particular also with regard to the material thickness and with regard to the planar design of the material.

Die 4 zeigt in vereinfachter Teildarstellung nochmals das Flach- bzw. Ausgangsmaterial 5, zusammen mit einem kombinierten Laser- und Fluid-Strahl 7 zum Ausschneiden der Spiralfeder 1. Der Laser-Fluid-Strahl 7 besteht bei dieser Ausführungsform aus dem Fluid-Strahl 7.1, der beispielsweise von einem stark gebündelten Wasserstrahl gebildet ist, sowie aus dem Laser-Strahl 7.2, der im Fluid-Strahl 7.1 angeordnet und auch optisch insbesondere durch Totalreflektion geführt sowie zusätzlich gebündelt ist. Durch den kombinierten Laser- und Fluidstrahl 7 wird ein sehr glatter Schnitt 8 in dem Flachmaterial 5 ohne Strukturveränderung erzeugt, wobei der Fluidstrahl 7.1 hauptsächlich auch der Kühlung dient.The 4 shows in simplified partial representation again the flat or starting material 5 , together with a combined laser and fluid jet 7 for cutting out the coil spring 1 , The laser fluid beam 7 consists in this embodiment of the fluid jet 7.1 , which is formed for example by a highly concentrated water jet, and from the laser beam 7.2 that in the fluid jet 7.1 arranged and also optically in particular by total reflection out and bundled in addition. Through the combined laser and fluid jet 7 will be a very smooth cut 8th in the flat material 5 generated without structural change, wherein the fluid jet 7.1 mainly used for cooling.

Die 5 und 6 zeigen ein Ausgangsmaterial 9, welches im Gegensatz zum Ausgangsmaterial 5 kein flaches Ausgangsmaterial ist, sondern ein gerolltes Material, d. h. ein Material, welches durch Rollen eines ursprünglich flachen Materials erzeugt ist. Die Anzahl der Windungen des Ausgangsmaterials 9 entspricht der Anzahl der Windungen 2 der herzustellenden Spiralfedern 1. Von diesem Ausgangsmaterial 9 werden die Spiralfedern 1 durch Schneiden senkrecht zur Längsachse des Ausgangsmaterials 9 mit der erforderlichen Höhe abgetrennt, wie dies in der 6 mit der unterbrochenen Linie 10 angedeutet ist, die beispielsweise wiederum der Laserstrahl 6.1 oder der kombinierte Laser- und Fluidstrahl 7 einer zum Trennen verwendeten Laseranordnung ist.The 5 and 6 show a starting material 9 , which in contrast to the starting material 5 is not a flat starting material, but a rolled material, ie a material which is produced by rolling an originally flat material. The number of turns of the starting material 9 corresponds to the number of turns 2 the spiral springs to be produced 1 , From this source material 9 become the spiral springs 1 by cutting perpendicular to the longitudinal axis of the starting material 9 separated with the required height, as in the 6 with the broken line 10 is indicated, for example, in turn, the laser beam 6.1 or the combined laser and fluid jet 7 a laser assembly used for cutting is.

Unabhängig von dem jeweiligen Verfahren kann es zweckmäßig sein, die nach dem Ausschneiden noch vorhandene Rauhtiefe durch Nachbehandlung der jeweiligen Spiralfeder 1 in ätzender Lösung zu entfernen. Dies ist zweckmäßig, insbesondere bei Verwendung von Silizium. Als Behandlungslösung eignet sich dann z. B. eine Flusssäure-Salpetersäure-Mischung oder eine alkalische Ätzmischung.Regardless of the particular method, it may be expedient for the surface roughness still present after cutting to be removed by aftertreatment of the respective spiral spring 1 to remove in corrosive solution. This is useful, especially when using silicon. As a treatment solution is then z. As a hydrofluoric acid-nitric acid mixture or an alkaline etching mixture.

Weiterhin ist es zweckmäßig, Spiralfedern 1, insbesondere solche aus Silizium oder aus Keramik mit einer Oberflächenbeschichtung zu versehen, und zwar beispielsweise aus Siliziumoxid, Siliziumdioxid, Siliziumoxynitrid, Siliziumcarbid, Diamant und/odr mit einer DLC-Beschichtung.Furthermore, it is expedient to coil springs 1 , in particular those of silicon or ceramic to be provided with a surface coating, for example, of silicon oxide, silicon dioxide, silicon oxynitride, silicon carbide, diamond and / odr with a DLC coating.

Bei Verwendung von polykristallinem Silizium als Ausgangsmaterial wird dieses Ausgangsmaterial beispielsweise durch epitaxisches Abscheiden erzeugt, und zwar unter Verwendung eines dem Fachmann an sich bekannten Epitaxie-Verfahrens, beispielsweise unter Verwendung eines der nachstehend angegebenen Verfahren:

– Flüssigphasenepitaxie (LPE)
– Molekularstrahlepitaxie (MBE)
– Metallorganische Gasphasenepitaxie (MOVPE)
– Chemische Gasphasenepitaxie (CVD oder (VPE)
– Physikalische Gasphasenepitaxie (PVD)
– Ionenstrahlgestützte Abscheidung bzw. Epitaxie (IBAD)

When polycrystalline silicon is used as starting material, this starting material is produced, for example, by epitaxial deposition, using an epitaxial method known per se to the person skilled in the art, for example using one of the following methods:

Liquid phase epitaxy (LPE)
Molecular Beam Epitaxy (MBE)
- Organometallic gas phase epitaxy (MOVPE)
- Chemical vapor phase epitaxy (CVD or (VPE)
- Physical vapor phase epitaxy (PVD)
Ion Beam Deposition or Epitaxy (IBAD)

Im Detail erfolgt das epitaxische Abscheiden bevorzugt mit den in der 7 angegebenen Verfahrensschritten. Zunächst wird ein flaches, plattenförmiges Siliziumsubstrat 11 bereitgestellt (Position a) der 7). Dieses Siliziumsubstrat 11 wird dann an wenigstens einer Oberflächenseite durch thermische Behandlung bzw. thermische Oxidation beispielsweise bei einer Prozesstemperatur im Bereich zwischen 900°C und 1.200°C mit einer Schicht 12 aus Siliziumoxid (SiO₂) versehen, deren Dicke etwa 1 μm beträgt (Position b) der 7). In einem weiteren Verfahrensschritt wird dann auf der Schicht 12 aus Siliziumoxid eine Startschicht 13 aus polykristallinem Silizium aufgebracht, und zwar beispielsweise mit einem LPCVD-Verfahren (low pressure chemical vapour deposition) oder mit einem LPE-Verfahren oder mit einem CVD-Verfahren (Position c) der 7). In einem weiteren Verfahrensschritt erfolgt das endgültige epitaxische Abscheiden der Schicht 14 aus polykristallinem Silizium mit einer der Höhe der herzustellenden Spiralfeder 1 entsprechenden Dicke, beispielsweise mit einer Dicke von 100 μm–140 μm. In weiteren, in der 7 nichtdargestellten Verfahrensschritten werden aus dem so hergestellten Ausgangsmaterial die Spiralfedern 1 durch Maskieren und Ätzen gefertigt, wobei die Schicht 12 aus Siliziumoxid als Sperrschicht beim Ätzen dient.In detail, the epitaxial deposition is preferably carried out with in the 7 specified method steps. First, a flat, plate-shaped silicon substrate 11 provided (position a) of 7 ). This silicon substrate 11 is then on at least one surface side by thermal treatment or thermal oxidation, for example at a process temperature in the range between 900 ° C and 1200 ° C with a layer 12 of silicon oxide (SiO ₂ ) whose thickness is about 1 μm (position b) of 7 ). In a further method step is then on the layer 12 made of silica a starting layer 13 made of polycrystalline silicon, for example, with an LPCVD method (low pressure chemical vapor deposition) or with an LPE method or with a CVD method (position c) of 7 ). In a further method step, the final epitaxial deposition of the layer takes place 14 made of polycrystalline silicon with one of the height of the spiral spring to be produced 1 corresponding thickness, for example, with a thickness of 100 microns-140 microns. In further, in the 7 unillustrated process steps become the spiral springs from the starting material thus prepared 1 made by masking and etching, wherein the layer 12 made of silicon oxide as a barrier during etching.

Das in den 8 und 9 allgemein mit 101 bezeichnete Schwingrad einer Unruh ist scheibenförmig ausgebildet, d. h. mit einem als flache Scheibe ausgeführten und eine Öffnung 102 zum Befestigen einer Welle versehenen Unruhkörper 103. Dieser besteht aus einem Glas- oder Siliziumwerkstoff, beispielsweise Silikatglas, oder Borosilikatglas oder Aluminoborosilikatglas oder aus polykristallinem oder einkristallinem Silizium oder aus Siliziumcarbid. Die Herstellung erfolgt durch Ätzen oder Laserschneiden, beispielsweise Laserschneiden oder Laserstrahl-Wasserschneiden usw. aus einem flachen Ausgangsmaterial.That in the 8th and 9 generally with 101 designated oscillating wheel of a balance is disc-shaped, ie with a designed as a flat disc and an opening 102 for fixing a shaft provided troublemaker 103 , This consists of a glass or silicon material, for example silicate glass, or borosilicate glass or aluminoborosilicate glass or polycrystalline or monocrystalline silicon or silicon carbide. The production takes place by etching or laser cutting, for example laser cutting or laser water cutting, etc., from a flat starting material.

Eine Besonderheit des Schwingrades 101 besteht u. a. auch darin, dass dieses scheibenförmig ausgebildet ist, mit dem besonderen Vorteil, dass durch die scheibenförmige Ausbildung beim Bewegen, d. h. beim oszillierenden Hin- und Herschwenken des Unruhkörpers 103 um die Achse der in der Öffnung 102 befestigte Welle Luftverwirbelungen weitestgehend verhindert sind und dadurch auch Beeinträchtigungen der Ganggenauigkeit durch Luftverwirbelung vermieden sind.A special feature of the swinging wheel 101 consists, inter alia, in the fact that this is disc-shaped, with the particular advantage that by the disk-shaped training when moving, ie when oscillating swinging back and forth of the troublemaker 103 around the axis of the opening 102 fixed wave air turbulences are largely prevented and thereby impaired accuracy of accuracy by Luftverwirbelung are avoided.

Weitere Vorteile des aus Glas- oder Siliziumwerkstoff hergestellten Schwingrades 1 bestehen auch darin, dass diese Werkstoffe antimagnetisch sind, also eine Beeinflussung der Unruh bzw. der Ganggenauigkeit durch Magnetfelder von außen nicht gegeben ist. Weiterhin besitzen die für das Schwingrad 101 verwendeten Werkstoffe einen geringen Ausdehnungskoeffizienten, auf jeden Fall eine Ausdehnungskoeffizienten, der wesentlich geringer ist als derjenige von Werkstoffen, die üblicherweise für die Unruh von mechanischen Uhren verwendet werden. Durch den geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten ergibt sich auch keine Auswirkung auf die Ganggenauigkeit durch Temperaturschwankungen.Further advantages of the vibrating wheel made of glass or silicon material 1 also consist in the fact that these materials are antimagnetic, so influencing the balance or the accuracy by magnetic fields from the outside is not given. Furthermore, they have the swinging wheel 101 used materials a low coefficient of expansion, in any case an expansion coefficient which is substantially lower than that of materials that are commonly used for the balance of mechanical watches. Due to the low coefficient of thermal expansion, there is no effect on the accuracy of accuracy due to temperature fluctuations.

Als Ausgangsmaterial für die Herstellung des Schwingrades 101 eignen sich beispielsweise wiederum Werkstoffe in Form von Wafern, wie sie bei der Herstellung von mikroelektronischen Bauteilen bzw. beim MEM-Prozess eingesetzt werden. Derartige Werkstoffe sind kostengünstig am Markt verfügbar. Denkbar ist auch die Verwendung von polykristallinem Silizium, welches in der oben beschriebenen Weise durch Epitaxie-Abscheidung hergestellt wird.As starting material for the production of the swing wheel 101 In turn, for example, materials in the form of wafers, such as those used in the production of microelectronic components or in the MEM process, are suitable. Such materials are available on the market at low cost. Also conceivable is the use of polycrystalline silicon, which is produced in the manner described above by epitaxial deposition.

Die physikalischen Eigenschaften des Schwingrades 101 lassen sich durch das Aufbringen von Beschichtungen, beispielsweise auch durch das Aufbringen eines Ringes oder anderer geometrischer Formelemente verbessert werden, auch durch Beschichtungen vor allem am Umfang z. B. mit Beschichtungen aus Gold können die physikalischen Eigenschaften, insbesondere auch das Trägheitsmoment wesentlich verbessert werden.The physical properties of the vibrating wheel 101 can be improved by the application of coatings, for example, by the application of a ring or other geometric shape elements, also by coatings especially on the circumference z. As with coatings of gold, the physical properties, in particular the moment of inertia can be significantly improved.

Die 10 zeigt als weitere Ausführungsform ein Schwingrad 101a, das sich von dem Schwingrad 101 lediglich dadurch unterscheidet, dass in dem kreisscheibenförmigen Unruhkörper 103a Öffnungen 104 vorgesehen sind, um das dynamische Trägheitsmoment des Schwingrades zu verbessern.The 10 shows as another embodiment, a vibrating wheel 101 that is different from the swinging wheel 101 only differs in that in the circular disk-shaped balance body 103a openings 104 are provided to improve the dynamic moment of inertia of the vibrating wheel.

Die 11 und 12 zeigen ein Schwingrad 101b, bei dem der Schwingrad- oder Unruhkörper 103b ringartig ausgeführt ist und zwar einstückig mit speichenartigen Elementen 105, die den Ring des Unruhkörpers 103b mit einem inneren narbenartigen, die Öffnung 102 aufweisenden Abschnitt 106 verbinden, der ebenfalls einstückig mit den speichenartigen Elementen 105 ausgebildet ist.The 11 and 12 show a swinging wheel 101b in which the Schwingrad- or troublemaker 103b is executed ring-like and in one piece with spoke-like elements 105 that the ring of the troublemaker 103b with an inner scar-like, the opening 102 having section 106 connect, which is also integral with the spoke-like elements 105 is trained.

Die 13 und 14 zeigen als weitere Ausführungsform ein Schwingrad 101c, die sich von dem Schwingrad 101b im Wesentlichen nur dadurch unterscheidet, dass das Schwingrad 101c an einer Seite mit einer Ausnehmung 107 ausgebildet ist, und zwar dadurch, dass sowohl der ringartige Unruhkörper 103 im Bereich seiner innen liegenden Ringfläche, als auch die stegartigen Abschnitte 105 und der narbenartige Abschnitt 106 mit einer im Vergleich zu dem äußeren Bereich des ringartigen Unruhkörpers 103 reduzierten Dicke ausgeführt ist. In der Ausnehmung 107 kann die mit 108 angedeutete Spiralfeder der Unruh teilweise angeordnet werden, so dass sich nicht nur eine besonders kompakte Ausbildung ergibt, sondern auch eine Ausbildung, die Luftverwirbellungen beim Oszillieren der Unruh und der zugehörigen Spiralfeder und dadurch bedingt dann Ungenauigkeiten weitestgehend vermeidet.The 13 and 14 show as another embodiment a vibrating wheel 101c extending from the swinging wheel 101b essentially only differs in that the swinging wheel 101c on one side with a recess 107 is formed, by the fact that both the ring-like troublemaker 103 in the region of its inner annular surface, as well as the web-like sections 105 and the scar-like section 106 with one compared to the outer region of the ring-like balance body 103 reduced thickness is executed. In the recess 107 can the with 108 indicated coil spring balance are partially arranged so that not only results in a particularly compact training, but also a training Luftverwirbellungen the oscillation of the balance and the associated coil spring and thereby conditional then largely avoided inaccuracies.

Die Schwingräder 101, 101a–101c ist beispielsweise einstückig mit weiteren Funktionselementen hergestellt. Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, die Schwingräder einstückig mit der Unruh- bzw. Spiralfeder zu fertigen.The swinging wheels 101 . 101 - 101c is for example made in one piece with other functional elements. In principle, it is also possible to manufacture the vibrating wheels in one piece with the balance or spiral spring.

Die 15 und 16 zeigen ein Schwingrad 101d einer Unruh mit integrierter Klemmbefestigung zur Befestigung an einer Welle 109. Hierfür ist das ähnlich dem Schwingrad 101b bzw. 101c geformte Schwingrad 101d im narbenförmigen Abschnitt 106 mit einer die Welle 109 aufnehmenden, von der Kreisform abweichenden Öffnung 110, d. h. bei der dargestellten Ausführungsform von einer dreieckförmigen Öffnung 110 ausgebildet, die an ihren Dreieck-Seiten von elastisch verformbaren stegartigen Abschnitten 111 begrenzt ist. Diese sind quer zu ihrer Längserstreckung, d. h. radial zur Mittelachse der Öffnung 110 elastisch verformbar und liegen gegen die montierte Welle 109 federnd an, d. h. das Schwingrad 101d ist durch Klemmsitz an der Welle 109 halten. Die stegartigen Abschnitte 111 sind einstückig mit dem Schwingrad 101d bzw. mit dem narbenartigen Abschnitt 106 hergestellt, und zwar derart, dass sie jeweils mit einem Ende 111.1 in den narbenartigen Abschnitt 106 übergehen. Die stegartigen Abschnitte 111 sind von dem narbenartigen Abschnitt 106 jeweils durch schlitzförmige Ausnehmungen 112 über den größeren Teil ihrer Länge getrennt. Am anderen Ende 111.2 sind die Abschnitte 111 von dem narbenartigen Abschnitt 106 getrennt, dort allerdings in etwa hakenartig ausgeführt, so dass sich jedes Ende 111.2 gegen einen angeformten Vorsprung 113 an dem diesem Ende benachbarten Ende der schlitzförmigen Ausnehmung 112 abstützen, und zwar in Achsrichtungen sowohl senkrecht zur Längserstreckung des jeweiligen Steges als auch in Achsrichtungen parallel zur Längserstreckung des Steges. Durch die beschrieben Abstützung der stegartigen Abschnitte 111 lassen sich sehr hohe Klemmkräfte und damit eine besonders sichere Befestigung des Schwingrades 101d an der Welle 109 erreichen.The 15 and 16 show a swinging wheel 101d a balance with integrated clamp attachment for attachment to a shaft 109 , This is similar to the swinging wheel 101b respectively. 101c shaped swinging wheel 101d in the scar-shaped section 106 with one the wave 109 receiving, deviating from the circular opening 110 ie in the illustrated embodiment of a triangular opening 110 formed at their triangle sides by elastically deformable web-like sections 111 is limited. These are transverse to their longitudinal extent, ie radially to the central axis of the opening 110 elastically deformable and lie against the mounted shaft 109 resilient, ie the swinging wheel 101d is by clamping fit on the shaft 109 hold. The bridge-like sections 111 are integral with the swinging wheel 101d or with the scar-like section 106 made, in such a way that they each have one end 111.1 in the scar-like section 106 pass. The bridge-like sections 111 are from the scar-like section 106 each through slit-shaped recesses 112 separated over the greater part of their length. On the other end 111.2 are the sections 111 from the scar-like section 106 separated, there however in approximately hook-like manner, so that each end 111.2 against a molded projection 113 at the end adjacent to this end of the slot-shaped recess 112 support, in the axial direction both perpendicular to the longitudinal extent of the respective web and in the axial directions parallel to the longitudinal extent of the web. By the described support of the web-like sections 111 can be very high clamping forces and thus a particularly secure attachment of the vibrating wheel 101d on the shaft 109 to reach.

In der 18 ist 201 wiederum eine Spiralfeder für das Schwingsystem bzw. für die Unruh eines Schwingsystems eines Uhrwerks, beispielsweise eines Uhrwerks für eine Armbanduhr. Die Spiralfeder 201 weist eine Vielzahl von Windungen 202 auf und ist bei der dargestellten Ausführungsform einstückig mit einer zentralen Rolle 203 gefertigt, mit der die Spiralfeder 201 auf einer nicht dargestellten Welle des Schwingsystems (Unruh) befestigt werden kann. Das außen liegende Ende der Spiralfeder ist weiterhin einstückig mit einem verstärkten Befestigungsabschnitt 204 ausgebildet. Bei der dargestellten Ausführungsform weist die Spiralfeder einen maximalen Durchmesser von etwa 4 bis 10 mm auf.In the 18 is 201 in turn, a coil spring for the vibration system or for the balance of a vibration system of a movement, such as a clockwork for a wristwatch. The spiral spring 201 has a variety of turns 202 and in the illustrated embodiment is integral with a central roller 203 manufactured, with which the spiral spring 201 can be mounted on a shaft, not shown, of the oscillating system (balance). The outer end of the coil spring is further integral with a reinforced attachment portion 204 educated. In the illustrated embodiment, the coil spring has a maximum diameter of about 4 to 10 mm.

Die Spiralfeder 201 besitzt einen rechteckförmigen Windungsquerschnitt in der Weise, dass die größere Querschnittsseite in Richtung der Achse der Spiralfeder 201 orientiert ist.The spiral spring 201 has a rectangular winding cross-section in such a way that the larger cross-sectional side in the direction of the axis of the coil spring 201 is oriented.

Die Höhe der Spiralfeder 201 liegt im Bereich von 0,05 bis 0,2 mm, vorzugsweise im Bereich zwischen 0,7 und 0,16 mm, und zwar mit einer Querschnittsbreite, die etwa einem Drittel der Querschnittshöhe entspricht. Bevorzugt beträgt der Windungsquerschnitt etwa 0,4 mm × 0,12 mm.The height of the spiral spring 201 is in the range of 0.05 to 0.2 mm, preferably in the range between 0.7 and 0.16 mm, with a cross-sectional width corresponding to about one third of the cross-sectional height. The winding cross-section is preferably about 0.4 mm × 0.12 mm.

An der Außenfläche ist die Spiralfeder 201 mit einer Oberflächenbeschichtung versehen, beispielsweise aus Siliziumoxid, Siliziumdioxid, Siliziumnitrid und/oder Siliziumcarbid.On the outer surface is the spiral spring 201 provided with a surface coating, for example of silicon oxide, silicon dioxide, silicon nitride and / or silicon carbide.

Als Ausgangsmaterial für die Spiralfeder 201 ist polykristallines Silizium verwendet, und zwar solches, welches durch CVD-Abscheidung erhalten wurde. Das Herstellen der jeweiligen Spiralfeder 201 aus dem Ausgangsmaterial erfolgt bevorzugt durch Ätzen unter Verwendung von Ätzmasken und eines zum Ätzen von Silizium geeigneten Ätzmittels. Auch andere Verfahren zum „Ausschneiden" der jeweiligen Spiralfeder 201 aus dem Ausgangsmaterial sind denkbar, beispielsweise das Ausschneiden mit einem Laser-Fluid-Strahl, d. h. mit einem in einem Fluid-Strahl, beispielsweise in einem Wasserstrahl geführten gebündelten Laserstrahl. Durch diesen kombinierten Laser- und Fluidstrahl wird ein sehr glatter Schnitt des Ausgangsmaterials ohne Veränderung der polykristallinen Struktur des Silizium-Ausgangsmaterials erreicht.As starting material for the spiral spring 201 polycrystalline silicon is used, namely that obtained by CVD deposition. The production of the respective coil spring 201 from the starting material is preferably carried out by etching using etching masks and an etchant suitable for etching silicon. Also other methods of "cutting out" the respective coil spring 201 From the starting material are conceivable, for example, the cutting with a laser fluid jet, ie with a guided in a fluid jet, for example in a water jet bundled laser beam. This combined laser and fluid jet achieves a very smooth cut of the starting material without changing the polycrystalline structure of the silicon starting material.

Bei Verwendung von polykristallinem Silizium als Ausgangsmaterial wird dieses Ausgangsmaterial beispielsweise durch epitaxisches Abscheiden erzeugt, und zwar in der weise, wie vorstehen im Zusammenhang mit der 7 beschrieben.When polycrystalline silicon is used as the starting material, this starting material is produced, for example, by epitaxial deposition, in the manner as described in connection with US Pat 7 described.

Die 19 zeigt in vereinfachter Darstellung und in Draufsicht ein Ankerrad 205 und die 20 ebenfalls in vereinfachter Darstellung und in Draufsicht den Anker 206 des mechanischen Schwingungssystems. Sowohl das Ankerrad 205 als auch der Anker 206 sind aus dem nicht metallischen Werkstoff, vorzugsweise aus dem durch epitaxisches Abscheiden gebildeten polykristallinen Siliziumausgangsmaterial hergestellt, und zwar durch Ätzen unter Verwendung von Ätzmasken und eines zum Ätzen von Silizium geeigneten Ätzmittels oder aber beispielsweise durch Ausschneiden mit einem Laser, vorzugsweise mit einem kombinierten Laser- und Fluidstrahl, wie dies vorstehend für die Unruh- oder Spiralfeder 1 bzw. 201 beschrieben wurde.The 19 shows in simplified representation and in plan view of an escape wheel 205 and the 20 also in a simplified representation and in plan view the anchor 206 of the mechanical vibration system. Both the escape wheel 205 as well as the anchor 206 are made from the non-metallic material, preferably from the polycrystalline silicon starting material formed by epitaxial deposition, by etching using etching masks and an etchant suitable for etching silicon, or at For example, by cutting with a laser, preferably with a combined laser and fluid jet, as above for the balance spring or coil spring 1 respectively. 201 has been described.

Ebenso wie die Unruh- oder Spiralfeder 1 bzw. 201 und das Schwingrad 101, 101a–101d sind auch das Ankerrad 205 und der Anker 206 beispielsweise mit einer Oberflächenbeschichtung versehen, z. B. aus Siliziumoxid, Siliziumdioxid, Siliziumnitrid und/oder Siliziumcarbid. Anstelle dieser Beschichtung oder aber zusätzlich hierzu sind die Spiralfeder 1 bzw. 201, das Schwingrad 101, 101a–101d sowie das Ankerrad 205 und der Anker 206 beispielsweise noch DLC beschichtet, d. h. mit einer diamantartigen Kunststoffbeschichtung versehen, die weiter verbesserte Eigenschaften insbesondere auch hinsichtlich Oberflächenhärte und Gleitfähigkeit aufweist.Just like the balance spring or spiral spring 1 respectively. 201 and the swinging wheel 101 . 101 - 101d are also the escape wheel 205 and the anchor 206 for example, provided with a surface coating, for. B. of silicon oxide, silicon dioxide, silicon nitride and / or silicon carbide. Instead of this coating or in addition to this, the coil spring 1 respectively. 201 , the swinging wheel 101 . 101 - 101d as well as the escape wheel 205 and the anchor 206 For example, still DLC coated, that is provided with a diamond-like plastic coating, which has further improved properties especially in terms of surface hardness and lubricity.

Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrunde liegende Erfindungsgedanke verlassen wird.The The invention has been described above with reference to exemplary embodiments. It is understood that changes and modifications are possible, without thereby the inventive concept underlying the invention will leave.

So wurde vorstehend die Erfindung im Zusammenhang mit der Herstellung von Funktionselementen für das mechanische Schwingungssystem des mechanischen Uhrwerks einer Uhr, insbesondere Armbanduhr beschrieben. Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, auch andere mechanische Funktionselemente eines Uhrwerks und dabei speziell eines Uhrwerks für Armbanduhren, wie beispielsweise Zahnräder des Uhrwerks in gleicher Weise zu fertigen.So has been the invention in connection with the production above of functional elements for the mechanical vibration system of mechanical movement of a clock, in particular wristwatch described. Basically there is the possibility of others mechanical functional elements of a movement and thereby special a movement for wristwatches, such as gears of the movement in the same way.

Weiterhin wurde vorstehend davon ausgegangen, dass die Spiralfeder 1 einstückig mit der Rolle 3 und dem Befestigungsabschnitt 4 hergestellt wird. Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, die Spiralfeder 1 ohne die Rolle 3 und/oder ohne den Befestigungsabschnitt 4 zu fertigen und/oder die Spiralfeder einstückig mit weiteren Funktionselementen auszubilden.Furthermore, it was assumed above that the coil spring 1 integral with the roll 3 and the attachment portion 4 will be produced. Basically, there is also the possibility of the coil spring 1 without the role 3 and / or without the attachment portion 4 to manufacture and / or form the coil spring in one piece with other functional elements.

Vorstehend wurde die Erfindung im Zusammenhang mit der Herstellung von Funktionselementen für das mechanische Schwingungssystem des mechanischen Uhrwerks einer Uhr, insbesondere Armbanduhr beschrieben. Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, auch andere mechanische Funktionselemente eines Uhrwerks und dabei speziell eines Uhrwerks für Armbanduhren, wie beispielsweise Zahnräder des Uhrwerks in gleicher Weise zu fertigen, und zwar speziell aus dem epitaktisch abgeschiedenen Silizium.above The invention was related to the production of functional elements for the mechanical vibration system of the mechanical Clockwork of a clock, especially wristwatch described. in principle There is also the possibility of other mechanical functional elements a clockwork and especially a clockwork for wristwatches, such as gears of the movement in the same way to manufacture, specifically from the epitaxially deposited Silicon.

11: Spiralfederspiral spring
22: Windungconvolution
33: Rollerole
44: Befestigungsabschnittattachment section
55: keramisches Flachmaterialceramic flat material
66: Laserlaser
77: kombinierter Laser- und Fluidstrahlcombined Laser and fluid jet
7.17.1: Fluid-StrahlFluid jet
7.27.2: Laserstrahllaser beam
88th: Schnittcut
99: gerolltes Ausgangsmaterialrolled starting material
1010: Schnittlinie oder Laserstrahlintersection or laser beam
1111: Trägerschicht, beispielsweise aus SiliziumSupport layer, for example, made of silicon
1212: Sperrschicht, beispielsweise aus SiliziumoxidBarrier layer for example, of silicon oxide
1313: Startschicht aus polykristallinem Siliziumstarting layer made of polycrystalline silicon
1414: durch Epitaxie abgeschiedene Schicht aus polykristallinem Siliziumby Epitaxially deposited layer of polycrystalline silicon
101, 101a–101d101 101a-101d: Schwingrad einer UnruhSchwingrad a balance
102102: Öffnungopening
103, 103a–103d103 103a-103d: UnruhkörperUnruh body
104104: Öffnungopening
105105: stegartiger Abschnittweb-like section
106106: narbenartiger Abschnittscar-like section
107107: Ausnehmungrecess
108108: Unruh- oder SpiralfederUnruh- or spiral spring
109109: Unruhwellebalance staff
110110: Öffnungopening
111111: Abschnittsection
111.1, 111.2111.1, 111.2: Ende des Abschnittes 111 End of the section 111
112112: Ausnehmungrecess
113113: Vorsprung oder Abstützung für das Ende 111.2 Projection or support for the end 111.2
201201: Spiralfederspiral spring
202202: Windungconvolution
203203: Rollerole
204204: Befestigungsabschnittattachment section
205205: Ankerradescape wheel
206206: Ankeranchor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- EP 1422436 B1 [0003]
- DE 10127733 A1 [0004]

Claims

Method for producing mechanical functional elements for movements, in particular of functional elements for oscillating systems of movements, characterized in that the functional element ( 1 . 101 . 101 - 101d . 201 . 205 . 206 ) is made of at least one material or starting material from the group semiconductor material, glass material, ceramic material, silicon carbide, silicon nitride, zirconium oxide and / or diamond.

Method according to claim 1, characterized in that that the material is silicon.

Method according to claim 2, characterized in that that the material is a crystalline or monocrystalline silicon is, for example, a plate-shaped wafer made of silicon is.

Method according to claim 2, characterized in that that the material is a polycrystalline silicon.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the material is a by epitaxial Depositing received silicon is.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that on a support ( 11 ), preferably on one with a barrier layer ( 12 ) provided carrier polycrystalline silicon deposited by epitaxial growth and from the thus obtained material or starting material, the respective coil spring ( 1 ) is produced.

Method according to Claim 6, characterized that used as a support material such a silicon becomes.

A method according to claim 6 or 7, characterized in that is used as a barrier layer silicon oxide (SiO ₂ ).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the glass material silicate glass, for example Borosilicate glass or aluminoborosilicate glass.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the material is a flat or plate-shaped Material is.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the material is a flat or plate-shaped and is rolled into a spiral material.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the material is a monocrystalline or polycrystalline diamond is.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the material is a crystalline or single crystal silicon carbide.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the material is a polycrystalline Silicon carbide is.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the material is a crystalline or single crystal silicon nitride.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the material is a polycrystalline Silicon nitride is.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the material is an aluminum ceramic, such as B. aluminum oxide, aluminum nitride or aluminum carbide ceramic.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the material is silicon-ceramic, such as z. B. silicon nitride ceramic.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the material is germanium.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the functional element ( 1 . 101 . 101 - 101d . 201 . 205 . 206 ) is made from the material by cutting and / or etching.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the functional element ( 1 . 101 . 101 - 101d . 201 . 205 . 206 ) is produced by laser cutting from the material.

Method according to claim 22, characterized in that the functional element ( 1 . 101 . 101 - 101d . 201 . 205 . 206 ) by laser cutting when treated with a fluid jet, such as water jet ( 7.1 ) will be produced.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the functional element with a surface coating made of diamond, for example in a CVD method.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the functional element with a surface coating of silicon oxide, silicon dioxide and / or silicon nitride and / or Silicon carbide and / or DLC is provided.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the functional element ( 1 . 101 . 101 - 101d . 201 . 205 . 206 ) in one piece with further functional elements, for example with a fastening element ( 3 . 111 . 204 ) for attachment to a shaft of the oscillating system and / or with a fixing section ( 4 ) is made for attachment to a board or to an adjustment of the board.

Method according to one of the preceding claims, characterized by a post-treatment of the functional element ( 1 . 101 . 101 - 101d . 201 . 205 . 206 ) in corrosive solution, for example in an alkaline etching mixture and / or in a hydrofluoric acid-nitric acid mixture.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the functional element is a spiral spring ( 1 . 201 ) with a variety of turns ( 2 . 202 ) forming spring body or a swinging wheel ( 101 . 101 - 101d ) or an escape wheel ( 205 ) or an anchor ( 206 ).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the spiral spring ( 1 . 201 ) is made with a maximum diameter of about 4 to 10 mm.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the spiral spring ( 1 . 201 ) is made with a height in the range of 0.05-0.2 mm, preferably with a height of about 0.07-0.16 mm.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the spiral spring ( 1 . 201 ) is made using diamond with a height of about 0.07 mm.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the spiral spring ( 1 . 201 ) is produced using the ceramic material having a height of about 0.12 mm.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the spiral spring ( 1 . 201 ) is produced with a winding spacing of at least 0.05 to 0.3 mm.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the spiral spring ( 1 . 201 ) is produced with a rectangular winding cross-section.

A method according to claim 33, characterized in that the spiral spring ( 1 . 201 ) is manufactured with a winding cross-section of about 0.025 mm × 0.07 mm.

Mechanical functional element for movements, in particular functional element for oscillating systems of movements, characterized in that the functional element ( 1 . 101 . 101 - 101d . 201 . 205 . 206 ) is made of at least one material or starting material from the group semiconductor material, glass material, ceramic material, silicon carbide, silicon nitride, zirconium oxide and / or diamond.

Functional element according to Claim 35, characterized that the material is silicon.

Functional element according to claim 36, characterized that the material is a crystalline or monocrystalline silicon is.

Functional element according to Claim 37, characterized that the material is a polycrystalline silicon.

Functional element according to one of the preceding claims, characterized in that the material is a by epitaxial Depositing received silicon is.

Functional element according to one of the preceding claims, characterized in that the glass material silicate glass, for example Borosilicate glass or aluminoborosilicate glass.

Functional element according to one of the preceding claims, characterized in that the material is a crystalline or single crystal silicon carbide.

Functional element according to one of the preceding claims, characterized in that the material is a polycrystalline Silicon carbide is.

Functional element according to one of the preceding claims, characterized in that the material is a crystalline or single crystal silicon nitride.

Functional element according to one of the preceding claims, characterized in that the material is a polycrystalline Silicon nitride is.

Function element according to one of vorherge existing claims, characterized in that the material is an aluminum-ceramic, such as. B. aluminum oxide, aluminum nitride or aluminum carbide ceramic.

Functional element according to one of the preceding claims, characterized in that the material is silicon-ceramic, such as z. B. silicon nitride ceramic.

Functional element according to one of the preceding claims, characterized in that the material is germanium.

Functional element according to one of the preceding claims, characterized in that the material is a monocrystalline or polycrystalline diamond is.

Functional element according to one of the preceding claims, characterized in that it is cut out of the material and / or etching is produced.

Functional element according to Claim 49, characterized that it is made by laser cutting from the material.

Functional element according to claim 50, characterized in that it is produced by laser cutting when treated with a fluid jet, for example water jet ( 7.1 ) will be produced.

Functional element according to one of the preceding claims, characterized in that it is provided with a surface coating made of diamond, for example in a CVD functional element.

Functional element according to one of the preceding claims, characterized in that it is provided with a surface coating of silicon oxide, silicon dioxide and / or silicon nitride and / or silicon carbide and / or DLC is provided.

Functional element according to one of the preceding claims, characterized in that it is integral with further functional elements, for example with a fastening element ( 3 . 111 . 204 ) for attachment to a shaft of the oscillating system and / or with a fixing section ( 4 ) is made for attachment to a board or to an adjustment of the board.

Functional element according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a spiral spring ( 1 . 201 ) with a variety of turns ( 2 . 202 ) forming spring body or a swinging wheel ( 101 . 101 - 101d ) with Schwigradkörper ( 103 . 103a - 103d ) or an escape wheel ( 205 ) or an anchor ( 206 ).

Functional element according to one of the preceding claims, characterized in that the spiral spring ( 1 . 201 ) is made with a maximum diameter of about 4 to 10 mm.

Functional element according to one of the preceding claims, characterized in that the spiral spring ( 1 . 201 ) having a height in the range of 0.05-0.2 mm, preferably having a height of about 0.07-0.16 mm.

Functional element according to one of the preceding claims, characterized in that the spiral spring ( 1 . 201 ) is made using diamond having a height of about 0.07 mm.

Functional element according to one of the preceding claims, characterized in that the spiral spring ( 1 . 201 ) is manufactured using the ceramic material with a height of about 0.12 mm.

Functional element according to one of the preceding claims, characterized in that the spiral spring ( 1 . 201 ) is manufactured with a winding spacing of at least 0.05 to 0.3 mm.

Functional element according to one of the preceding claims, characterized in that the spiral spring ( 1 . 201 ) is made with a rectangular winding cross-section.

Functional element according to claim 61, characterized in that the spiral spring ( 1 . 201 ) having a winding cross section of about 0.025 mm × 0.07 mm.

Functional element according to one of the preceding claims, characterized in that the oscillating wheel body ( 103 . 103a - 103d ) is made entirely of the glass or silicon material.

Functional element according to one of the preceding claims, characterized in that the oscillating wheel body ( 103 ) Disc-like, for example, circular-disk-shaped.

Functional element according to one of the preceding claims, characterized in that the oscillating wheel body ( 103a ) disc-shaped with openings or openings ( 104 ) is made.

Functional element according to one of the preceding claims, characterized in that the oscillating wheel body ( 103b - 103d ) ring-like with an inner scar-like section for attachment to a balance shaft ( 109 ) as well as with spoke like sections ( 105 ) connecting the scar-like portion to the annular portion.

Rocker wheel according to one of the preceding claims, characterized in that the Schwingradkörper with an open towards one side of the Schwingradkörpers recess ( 107 ) is trained.

Rocker wheel according to claim 68, characterized in that in the recess ( 107 ) a balance or coil spring ( 108 ) is arranged.

Rocker wheel according to one of the preceding claims, characterized in that the oscillating wheel body ( 103 . 103a - 103d ) in one piece with further functional elements, for example with fixing or clamping elements ( 111 ) for attaching the Schwingradkörpers to a shaft ( 109 ) and / or is formed with elements for attachment of the balance spring.